遗传学第六章

Mitchell： + pdxp x pdx +
孢子对
1 2 3 4
1 + pdxp
++ + pdxp pdx +
子囊
2
3
pdx + ++
pdx + + pdxp
++ pdx +
+ pdxp pdx +
4 pdx + + pdxp
++ pdx +
粪生粪壳菌(Olive): GA × ga
A A
在DNA内切酶的作用下，在相同位置同时切开； C：切开的单链交换重接; D：形成交联桥结构；
E：交联桥沿配对DNA分子“移动”。两个亲本 DNA分子间造成一大段异源双链DNA （ Holliday结构）
F：E和F相同；
G：绕交联桥旋转1800；
J：形成Holliday异构体；
I、通过两种方式之一切断DNA单链，若左右切， 则形成非重组体，若上下切则形成重组体。
a a A A a a
GA 非重组孢子对
Ga 重组孢子对，一 ga 个孢子基因转变 GA 重组孢子对，一 gA 个孢子基因转变
ga非重组孢子对
（二） 基因转变的类型 染色单体转变：2：6或6：2分离比
减数分裂4个产物中，一个出现基因转变
半染色单体转变：5：3；3：1：1：3
减数分裂四个产物中，一个或2个的一半出现基因转变
三、异常重组
完全不依赖于序列间的同源性而使一段 DNA序列插入另一段中，但在形成重组 分子时往往依赖DNA复制而完成重组过 程，因此又称复制性重组。
第二节 同源重组的分子机制

一、重组双方DNA分子的断裂与重接
1. 证据：
1961，M.Meselson and J.J.Wergle两个双标记λ噬 菌体感染大肠杆菌。
三、细菌的接合与转导中的重组机制
• 接合重组（Hfr与F-之间进行）部分DNA进入 细胞，且只有其中的部分参与重组，需要 RecA和RecBC参与，机制与转化重组相似
• 转导重组 （phage-DNA与细菌之间）双链 DNA与完整双链DNA之间的重组，供体DNA 以双链进入受体细胞，并且以双链形式整合 进入染色体，需要RecA和RceBC参与。
减数分裂后分离：等位基因的分离发生在减数分 裂后的有丝分裂中
（三）基因转变的分子机制
基因转变的实质：重组过程中留下的局部 异源双链区，在细胞内的修复系统识别下 不同的酶切/不酶切产生的结果。不同的切 除会产生不同的结果。
根据切除修复原理，基因转变的几种类型产生的 分子机制可以归纳如下（图8-8）。
双螺旋分子共价连接，中间有一端异源双链区，这种 重组称为交互重组。
染色体配对时形成的联会复合体结构电镜照片
二、同源重组的Holliday模型
Robin Holliday于1964年提出了重组的杂和DNA模型， 又称Holliday模型。该模型对重组过程的解释如下：
A、同源的非姐妹染色单体联会； B：同源非姐妹染色单体DNA中两个方向相同的单链，
P（母）x M（父）：F1正常； P（父）x M（母）： F1不正常
9.3 异常重组-真核生物的转座子 9.3.1 果蝇的P因子
全长P 因子： 2907bp，两端 33bp的IR，4个 外显子， 在生殖细胞中编码有活 性的转座酶，在体细胞中编码无 活性的转座酶。
缺失型P因子： P因子中段缺失衍生物，长度为 0.5~1.4kb ,依赖 全长P因子的转 座酶才能转座。
解释这种不对称重组现象：
1.单链切断 2.链置换 3.单链入侵 4.泡切除 5.链同化（碎链吸收） 6.异构化——Holliday 7.分支迁移
第三节 细菌的同源重组
• 一 、细菌同源重组的特点 细菌的接合、转化以及转导重组都是同源重 组，而且这种重组是发生在一个完整的环状 双螺旋DNA分子与一个双链或单链DNA分子 片段之间的。且重组需要3种基因所编码的 RecA和RecBC蛋白质。
需要重组的蛋白质参与；（例如.大肠杆菌： RecA蛋白、RecBC蛋白）
蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高； （存在重组热点和序列长度的影响）
真核生物染色质的状态影响重组的频率。
2.条件：2个DNA分子序列同源，且同源 区域越长越有利。
3.功能： A：维持种群的遗传多样性； B：有助于DNA的损伤修复； C：使真核生物产生第一次减数分裂中
第六章 遗传重组
遗传重组
遗传重组：造成基因型变化的基因交流过程。 发生：减数分裂性细胞内，体细胞 地点： 核基因间，叶绿体基因间，线粒体基因间，
重组子间； 前提条件：不同基因型的遗传物质彼此能够转移。 作用： 保证了遗传多样性,为选择奠定了物质基础,是
生物得以进化发展，与突变一起是变异的来源
遗传重组主要类型：(依据对DNA序列和 所需蛋白质因子的要求)
二、位点专一性重组的核苷酸序列
• 1. POP’:O为15bp(核心)富含A-T的非对称序列； P为-160 ~ 0的160bp序列 P’为0 ~ 80的80bp序列 共240bp
• 2. BOB’:B为-11 ~0序列 B’为0 ~11序列 共23bp
位点专一性重组： 条件性基因敲除
重组的应用实例-基因敲除
果蝇P品系的基因组有30~50份 P 因子拷贝，1/3为全长P因子。
由于P因子的转座而引起的果蝇的杂种发育障碍：
第四节 位点专一性重组
• 一、λ噬菌体的整合和切除
λ噬菌体： attP
POP、
大肠杆菌： attB/ attλ BOB、
1.整和：
BOB、+
POP、
Int IHF
BOP、+ POB、
2.切除： BOP、+ POB、 InIHt,XFisBOB+ POP
通过attP和attB间的相互重组，环状的噬菌体DNA转换为整合的原噬 菌体，原噬菌体通过attL和attR间的相互重组而切除
第五节 异常重组—原核生物转座子
转座子(transposon,Tn):基因组内不必借助于同源 序列就能 改变自身位置的一端DNA序列. 异常: 转座、重组发生在非同源序列间，不 需RecA蛋白
一、原核生物中的转座子 1.插入序列（inserted sequence,IS)：长度在 768-5700bp, 两端具几~几十bp的反向重复序列
三、转座噬菌体：Mu噬菌体
与其他温和性噬菌体的差别：其基因组不论在进入裂 解周期或处于溶源状态都可随机整合到宿主染色体的 任何位置，且游离的和已整合的基因次序是相同的.
• 9.2.2 转座子（ transposon，Tn）
• 转座子是一类复合性转 座因子，它带有同转座 无关的基因（如抗药性 基因），转座子两端有 反向或正向重复的IS。
由上可知：无论Holliday结构断裂是否导致 旁侧遗传标记的重组，他们都含有一个异源双 链DNA区。
模 型
HOLLIDAY
③ 同源重组的Holliday模型 （杂种DNA模型或异源 双链模型）：
环状DNA分子的重组
两个环状DNA分子配对、断裂、重 接形成“8”字型结构中间物，根据切割 的位置不同，可分别形成两个亲本环、 大的单体环或者是滚环结构。也可以形 成“χ” 结构。
染色体正确分离到子细胞至关重要的瞬间 物理连接。
二、位点专一性重组/保守性重组
原核生物中最为典型 特点： 供体与受体的特定位点的短同源序列之间。 DNA精确切割 连接 DNA不失去、不合成、不交换对等部分（有时是一 个DNA分子整合到另一个DNA分子中，又称整合式重 组），需要位点专一性的蛋白质因子参与。
*通常采用有利于重组体基因型生长的选择条 件
• 高效率标记（high-efficiency maker)：在转化 中，有些遗传标记或是很少发生校正作用，或 是校正切除几乎总是在受体DNA上，因此转化 频率较高，这类遗传标记称为~。
• 低效率标记（ low-efficiency maker ）：转化 中一些标记的校正切除总是倾向于发生在供体 单链上，因而出现很低的转化频率，这类标记 称为~。
大肠杆菌质粒重组中电镜下观 察到的Holliday结构
粗 糙 链 孢 霉 的 生 活 史
Photomicrograph showing segregation of dark and light ascospores in Neurospora.
三、基因转变及其分子机理
（一）异常分离与基因转变 1938，H.Vinkle 基因转变(gene conversion)：一个基因转变为 它的等位基因的遗传学现象。（源于基因内重 组） pdxp：酸度敏感的VB6需要型 pdx： 酸度不敏感的VB6需要型
(c.mi)λ噬菌体1 13C和14N (+.+) λ噬菌体2 12C和14N
“重”链 “轻”链
同时感染 大肠杆菌
重链 重链和轻链
CsCl密度梯度离心子代噬菌体
轻链
2、几个概念：
重组核心：两个DNA分子的连接 连接分子/接合分子： 重组接点/重组结合点： 杂种DNA/异源双链DNA： 分支迁移：重组接点沿双链移动 交互重组：一条亲本双螺旋分子和另外 一条亲本
同源重组 位点专一性重组 异常重组
其共同点是双股DNA间的物质交换，但发 生的情况不同。
第一节 遗传重组的类型
一、同源重组/普遍性重组
1.同源重组：依赖大范围的DNA同源序列的联会，
重组过程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。 例：同源染色体非姐妹单体交换；细菌的转化、转导、 结合；噬菌体的重组…
Tn的转座过程：
第六节 异常重组——真核生物中的转座子